CN106863821A - 用于通过铆接接合部件的系统和方法 - Google Patents

用于通过铆接接合部件的系统和方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106863821A
CN106863821A CN201611155114.9A CN201611155114A CN106863821A CN 106863821 A CN106863821 A CN 106863821A CN 201611155114 A CN201611155114 A CN 201611155114A CN 106863821 A CN106863821 A CN 106863821A
Authority
CN
China
Prior art keywords
rivet
workpiece
groove
mould
riveting
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201611155114.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106863821B (zh
Inventor
P·王
S·M·史麦丝
B·J·布拉斯科
刘忠侠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GM Global Technology Operations LLC
Original Assignee
GM Global Technology Operations LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GM Global Technology Operations LLC filed Critical GM Global Technology Operations LLC
Publication of CN106863821A publication Critical patent/CN106863821A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106863821B publication Critical patent/CN106863821B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J15/00—Riveting
    • B21J15/02—Riveting procedures
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/56—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using mechanical means or mechanical connections, e.g. form-fits
    • B29C65/60—Riveting or staking
    • B29C65/606—Riveting or staking the rivets being integral with one of the parts to be joined, i.e. staking
    • B29C65/609—Riveting or staking the rivets being integral with one of the parts to be joined, i.e. staking the integral rivets being plunge-formed
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J15/00—Riveting
    • B21J15/02—Riveting procedures
    • B21J15/025—Setting self-piercing rivets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J15/00—Riveting
    • B21J15/10—Riveting machines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J15/00—Riveting
    • B21J15/10—Riveting machines
    • B21J15/14—Riveting machines specially adapted for riveting specific articles, e.g. brake lining machines
    • B21J15/147—Composite articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J15/00—Riveting
    • B21J15/10—Riveting machines
    • B21J15/28—Control devices specially adapted to riveting machines not restricted to one of the preceding subgroups
    • B21J15/285—Control devices specially adapted to riveting machines not restricted to one of the preceding subgroups for controlling the rivet upset cycle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21J—FORGING; HAMMERING; PRESSING METAL; RIVETING; FORGE FURNACES
    • B21J15/00—Riveting
    • B21J15/10—Riveting machines
    • B21J15/36—Rivet sets, i.e. tools for forming heads; Mandrels for expanding parts of hollow rivets
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C65/00—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor
    • B29C65/56—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using mechanical means or mechanical connections, e.g. form-fits
    • B29C65/562—Joining or sealing of preformed parts, e.g. welding of plastics materials; Apparatus therefor using mechanical means or mechanical connections, e.g. form-fits using extra joining elements, i.e. which are not integral with the parts to be joined
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/05—Particular design of joint configurations
    • B29C66/10—Particular design of joint configurations particular design of the joint cross-sections
    • B29C66/11—Joint cross-sections comprising a single joint-segment, i.e. one of the parts to be joined comprising a single joint-segment in the joint cross-section
    • B29C66/112—Single lapped joints
    • B29C66/1122—Single lap to lap joints, i.e. overlap joints
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/01—General aspects dealing with the joint area or with the area to be joined
    • B29C66/05—Particular design of joint configurations
    • B29C66/20—Particular design of joint configurations particular design of the joint lines, e.g. of the weld lines
    • B29C66/21—Particular design of joint configurations particular design of the joint lines, e.g. of the weld lines said joint lines being formed by a single dot or dash or by several dots or dashes, i.e. spot joining or spot welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/40—General aspects of joining substantially flat articles, e.g. plates, sheets or web-like materials; Making flat seams in tubular or hollow articles; Joining single elements to substantially flat surfaces
    • B29C66/41—Joining substantially flat articles ; Making flat seams in tubular or hollow articles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/72—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the structure of the material of the parts to be joined
    • B29C66/721—Fibre-reinforced materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/73—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset
    • B29C66/739—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset
    • B29C66/7392—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of at least one of the parts being a thermoplastic
    • B29C66/73921—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the intensive physical properties of the material of the parts to be joined, by the optical properties of the material of the parts to be joined, by the extensive physical properties of the parts to be joined, by the state of the material of the parts to be joined or by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of the parts to be joined being a thermoplastic or a thermoset characterised by the material of at least one of the parts being a thermoplastic characterised by the materials of both parts being thermoplastics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/81—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps
    • B29C66/814—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps
    • B29C66/8141—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the surface geometry of the part of the pressing elements, e.g. welding jaws or clamps, coming into contact with the parts to be joined
    • B29C66/81427—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the surface geometry of the part of the pressing elements, e.g. welding jaws or clamps, coming into contact with the parts to be joined comprising a single ridge, e.g. for making a weakening line; comprising a single tooth
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/81—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps
    • B29C66/814—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps
    • B29C66/8141—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the surface geometry of the part of the pressing elements, e.g. welding jaws or clamps, coming into contact with the parts to be joined
    • B29C66/81431—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the surface geometry of the part of the pressing elements, e.g. welding jaws or clamps, coming into contact with the parts to be joined comprising a single cavity, e.g. a groove
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16B—DEVICES FOR FASTENING OR SECURING CONSTRUCTIONAL ELEMENTS OR MACHINE PARTS TOGETHER, e.g. NAILS, BOLTS, CIRCLIPS, CLAMPS, CLIPS OR WEDGES; JOINTS OR JOINTING
    • F16B19/00—Bolts without screw-thread; Pins, including deformable elements; Rivets
    • F16B19/04—Rivets; Spigots or the like fastened by riveting
    • F16B19/06—Solid rivets made in one piece
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/70—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material
    • B29C66/72—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts characterised by the composition, physical properties or the structure of the material of the parts to be joined; Joining with non-plastics material characterised by the structure of the material of the parts to be joined
    • B29C66/721—Fibre-reinforced materials
    • B29C66/7212—Fibre-reinforced materials characterised by the composition of the fibres
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/81—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps
    • B29C66/814—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps
    • B29C66/8141—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the surface geometry of the part of the pressing elements, e.g. welding jaws or clamps, coming into contact with the parts to be joined
    • B29C66/81411—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the surface geometry of the part of the pressing elements, e.g. welding jaws or clamps, coming into contact with the parts to be joined characterised by its cross-section, e.g. transversal or longitudinal, being non-flat
    • B29C66/81421—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the surface geometry of the part of the pressing elements, e.g. welding jaws or clamps, coming into contact with the parts to be joined characterised by its cross-section, e.g. transversal or longitudinal, being non-flat being convex or concave
    • B29C66/81422—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the surface geometry of the part of the pressing elements, e.g. welding jaws or clamps, coming into contact with the parts to be joined characterised by its cross-section, e.g. transversal or longitudinal, being non-flat being convex or concave being convex
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C66/00—General aspects of processes or apparatus for joining preformed parts
    • B29C66/80—General aspects of machine operations or constructions and parts thereof
    • B29C66/81—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps
    • B29C66/814—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps
    • B29C66/8141—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the surface geometry of the part of the pressing elements, e.g. welding jaws or clamps, coming into contact with the parts to be joined
    • B29C66/81411—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the surface geometry of the part of the pressing elements, e.g. welding jaws or clamps, coming into contact with the parts to be joined characterised by its cross-section, e.g. transversal or longitudinal, being non-flat
    • B29C66/81421—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the surface geometry of the part of the pressing elements, e.g. welding jaws or clamps, coming into contact with the parts to be joined characterised by its cross-section, e.g. transversal or longitudinal, being non-flat being convex or concave
    • B29C66/81423—General aspects of the pressing elements, i.e. the elements applying pressure on the parts to be joined in the area to be joined, e.g. the welding jaws or clamps characterised by the design of the pressing elements, e.g. of the welding jaws or clamps characterised by the surface geometry of the part of the pressing elements, e.g. welding jaws or clamps, coming into contact with the parts to be joined characterised by its cross-section, e.g. transversal or longitudinal, being non-flat being convex or concave being concave
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T403/00—Joints and connections
    • Y10T403/49—Member deformed in situ
    • Y10T403/4974—Member deformed in situ by piercing

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Insertion Pins And Rivets (AREA)
  • Connection Of Plates (AREA)

Abstract

一种用于机械地联结相邻工件的铆接系统，其包括具有大于所联结工件的厚度(沿着铆接线测量)和的高度的铆钉使得该铆钉可完全穿过工件。该系统还包括可以是单独产品的铆接模具。该模具包括从顶点朝过渡点延伸的突出体；以及具有凹槽表面的凹槽。该凹槽表面包括从过渡点延伸至凹槽底部的凹槽内壁以及从凹槽底部延伸至凹槽外缘的凹槽外壁。本技术还包括计算机化系统，其用于比较铆接的负荷‑移位曲线与预设曲线以确定是否适当地执行铆接。

Description

用于通过铆接接合部件的系统和方法
技术领域
本技术总体上涉及用于接合零部件或工件的系统和方法，并且更具体地涉及用于使用包括独特配置的模具和铆钉的铆接系统互锁部件的系统和方法。模具和铆钉配置成使得铆钉的远侧边缘或尖端在被迫穿过这两个部件之后向上朝工件转动，从而产生将部件锁定在一起的机械挂钩。
背景技术
在诸如消费者电子器件、家用产品和用具、农业、建筑设备、运输系统、汽车、航空和航海的行业中，诸如铝的各种制造材料接合以形成重量相对较轻的连接部分。聚合复合物还连接至金属或其它聚合物。
制造商可通过将某些聚合物或复合物材料与其它材料组合来选择具有有利特性(诸如重量轻、极高的顺应性或可成型、高强度、耐用)或具有理想纹理或颜色的材料。制品可以包括各种部件(例如，外部、内部或装饰特征)，其中材料经过选择并且配置成承受(例如)热和/或化学侵蚀性环境或用于喷涂或者随时间变化的耐化学性。
由于聚合物和其它低质量材料的使用日益增长，诸如激光焊接和超声焊接等压缩模制和模制后接合技术也被更普遍地使用。
用于接合类似或不同材料的工艺包括机械接合(例如，螺栓和铆钉)、熔接(例如，熔接弧焊和激光焊接)、固态接合(例如，摩擦搅拌焊接和超声焊接)、钎焊和锡焊以及粘附剂粘合等。
稳健而无需大的成本的接合材料具有挑战性。考虑因素包括所接合的材料的化学、机械和热行为。当设计不同材料接头时，必须考虑例如(诸如但不限于)材料厚度、表面能量、熔化温度的差异以及每种材料的热膨胀/收缩的因素必须。不同材料的材料性质的差异使得焊接接合尤其具有挑战性并且在某些情况中是不可能的。
转向附图并且更具体地转向第一附图，图1说明用于将第一工件110接合至第二工件120的常规铆钉接合系统100。
系统100包括铆接机130，其包括主体132以及定位邻近于机器主体132并且可相对于该机器主体移动的活塞或冲压机134。系统100包括基座140、模具150和铆钉160。
在操作中，机器主体132定位邻近于工件中的第一工件110，如由图1中的箭头133所指示。
铆钉160定位在冲压机134与第一工件110之间。冲压机134向下推压在铆钉160上，如由箭头180所指示，从而迫使铆钉160的远侧尖端162刺穿工件110、120，首先穿过工件110、120中的近侧工件110、超出该两个工件110、120之间的界面115，并且进入工件110、120中的远侧工件120。
常规技术的设计者必须在更多裂纹或更小铆钉扩张之间做出选择，其中的每一个均降低了接头质量。
这样的技术的缺点包括接头具有的强度小于理想强度。传统技术还使用相对较短的铆钉，该铆钉并未穿过下部、第二工件120。当铆钉160保持为浅深度并且未能扩张时，接头强度低于理想强度。
非理想接头强度还可起因于产生在铆接过程中的不可接受的裂开程度(例如，裂纹117)。尤其对于具有相对较低延展性的材料(诸如碳纤维热塑性复合物)，裂开(包含工件内的微裂纹和脱层)是可能的。为了避免裂开，多种技术使用相对较短的铆钉160来尽可能较低程度地刺穿至第二工件120中。另外，为了避免裂开，通常使用具有相对较高延展性的材料，这限制了在最终产品中使用的选项。
发明内容
归因于前述提及的缺陷，需要用于牢固地、有效地且具成本效益地接合工件的铆接系统和方法。
在各个实施例中，本技术包括用于由铆钉机械地联结相邻工件的铆接系统。该系统包括突出体，该突出体在侧面具有在相反方向上从顶点朝相应的过渡点延伸的相对突出体壁段。该系统还包括具有凹槽表面的至少一个凹槽，该凹槽表面包括(i)从过渡点延伸至凹槽底部的凹槽内壁以及(ii)从凹槽底部延伸至凹槽外缘的凹槽外壁。
从顶点朝过渡点延伸的相对突出体壁段可以沿着分割线在相反方向上从顶点朝过渡点延伸。且凹槽外壁在某个部分处比凹槽外缘可以伸出更远以便在模具的操作中迫使铆钉支脚弯曲使得铆钉尖端朝向分割线移动。
在各个实施例中，突出体在某个方向上比凹槽外缘的位置延伸得更远，使得当工件中的近侧工件和铆钉在铆接模具的操作中首次彼此接触时，该工件首先接触模具的突出体，而非首先在凹槽外缘处或紧邻凹槽外缘接触该突出体。
在某些情况中，突出体的高度等于或大于凹槽的深度。
在各个实施方案的侧视图中，凹槽的整个表面连续弯曲和/或突出体的整个表面连续弯曲。
铆钉和模具可以是诸如一起出售或者提供用于制造接头的同一系统的部分。工件也可以是具有一个或多个铆钉和/或模具的系统的部分。
铆钉可以具有大于所联结工件的厚度(沿着铆接线测量)的和的高度，使得铆钉在系统的操作中可完全穿过工件。
在各个实施例中，本技术包括用铆钉形成的接头。该接头包括第一工件、第二工件以及包括铆钉头部和铆钉支脚的铆钉，其中铆钉支脚在第一方向上延伸穿过工件、在垂直于第一方向的第二方向上向外扩张，并且朝总体上与第一方向相反的第三方向回转，从而形成将第一工件机械地联结至第二工件的机械挂钩。
在第一、第二和第三方向上延伸之后，铆钉支脚可以在总体上朝向铆钉头部的第四方向上延伸。
在某些实施方案中，铆钉支脚的整个侧面在铆钉支脚的头部侧上被第二工件中的工件覆盖。
在某些情况中，铆钉的尖端设置在第二工件内。
第二工件在铆钉后面(例如，下面)的部分在某些情况下凸起，从而具有与结合铆钉使用以形成接合第一和第二工件的接头的铆钉模具的形状对应的凸度。
铆钉支脚以及第二工件的材料可以在它们之间形成间隙或空间，当观察侧视图中的接头时该间隙或空间是封闭的。
本技术还包括使用铆钉和模具机械地联结相邻工件的过程。该过程包括：将第二工件定位成接触模具；将包括头部和具有远侧边缘或尖端的支脚的铆钉定位成邻近于工件中的第一工件；以及施用负荷至铆钉头部，由此迫使远侧尖端以预定方式移动。该尖端被迫使(i)刺穿第一工件，(ii)刺穿第二工件，(iii)首先在突出体的侧壁或模具的凹槽的内壁处且接着沿着凹槽的内壁接触模具，(iv)当到达凹槽底部时向外扩张，(v)沿着下部凹槽表面朝外部凹槽壁向外和向上扩张，以及(vi)沿着凹槽的外壁向上移动，使得支脚形成机械地联结相邻工件的机械挂钩。
在某些实施方案中，总体上沿着负荷线施用负荷，且铆钉尖端在向外扩张和向上移动之后朝负荷线移动。
该过程进一步包括由包括处理器的控制器从输入装置接收指示该过程的负荷和移位值的数据。
该过程可进一步包括由控制器比较负荷和移位值与预确立的负荷/铆钉-移位曲线。
该过程可进一步包括基于比较结果确定是否适当地执行铆接。
在某些实施方案中，该过程包括如果没有适当地执行铆接，那么启动传送提醒和标记由铆接形成的接头装置中的一项或两项。该过程可以包括传送提醒以供工作人员或计算机化或至少电子装置接收和/或诸如通过冲压来标记接合的产品或者标记在显然有缺陷的接头附近或其它处接合的工件中的一个。
本技术的其它方面将在下文部分说明和提出。
附图说明
图1说明用于接合工件的常规技术。
图2说明根据本公开的实施例的用于接合工件的第一示例性铆接模具。
图3说明根据本公开的实施例的通过铆钉使用图2的模具和冲压机接合的工件。
图4说明由图3中所示的操作接合之后的工件，其中移除了冲压机和模具且铆钉边缘向外和向上扩张。
图5说明通过除铆钉边缘在向外和向上扩张之后向内推动外类似于图3中所示操作的操作接合之后的工件。
图6示出了示例性负荷-移位图表。
图7示出了替选的挂钩机构。
图8示出了具体配置用于使用来自铆接过程的力信号来评估该过程的控制器，该过程包括比较该信号与类似于图6的预确立负荷/铆钉-移位曲线。
图9示出了用于不同高度的铆钉以及具有和不具有垫圈的情况下的示例性接头强度值。
图10说明用于接合工件的第二示例性铆接模具。
附图不一定是按比例绘制且某些特征可以被放大或缩小，诸如示出特定部件的细节。在某些实例中，并未详细描述公知的部件、系统、材料或方法以免混淆本公开。
具体实施方式
根据需要，本文公开了本公开的详细实施例。所公开的实施例仅仅是可以各种和替选形式及其组合体现的实例。如本文所使用，例如，示例性和类似术语广泛地指代用作示意图、样品、模型或模式的实施例。
本文提及的设置特征的方式可指代(但不限于)相对于其它特征定位该特征的方式。本文提及的配置特征的方式可指代(但不限于)调整特征大小的方式、塑形特征的方式和/或特征的材料。为了简单起见，所配置的术语可用于指代上文在此段落中描述的配置和设置这二者。
本文所公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制性的，而仅仅是权利要求的原理，并且是用于教导本领域技术人员采用本公开的典型原理。
虽然本技术主要是结合汽车而描述，但是本技术不限于汽车。可在各种应用中、诸如结合飞机和海上船舶使用该概念。
虽然本技术通常是关于垂直聚焦空间背景描述(其中铆钉最初总体上被迫垂直向下进入所连接的工件中)，但是本文的描述不限于此定向。该描述因此在它们的范围内包括其它空间背景，诸如(例如)其中铆钉被迫在侧面、以任何角度呈对角线或甚至向上进入工件，其中模具定位在相对侧处。
I.本技术的概述
本技术包括用于使用新型机械挂钩接合零部件或工件的新型模具。
模具独特地塑形为使得铆钉的远侧边缘或尖端在被迫穿过这两个工件之后朝所接合的工件向外和向上扩张。
II.图2、图3和图10
图2说明根据本公开的实施例的用于接合工件的第一示例性模具2501的横截面示意图。图10说明根据本公开的实施例的用于接合工件的第二示例性模具2502的横截面示意图。每个模具有时候总体上是由本文的符号250标示。
模具250包括至少一个导向凹槽252。在各个实施例中，导向凹槽252总体上为圆形。凹槽252定位成邻近于突出体254。在某些实施方案中，凹槽252可被视为在突出体254周围形成微尘。
在各个实施例中，突出体254是模具250上的最高点，如图2中所示。当工件(例如，板材)110、120和模具250定位成彼此相邻时，突出体254因此是接触第二工件120的模具250的第一部分。
在某些实施方案中，突出体254是接触工件110、120的模具250的唯一部分。在其它实施方案中，某些下部工件材料被推压以接触邻近于导向凹槽252、与突出体254相对的中间点2651或表面2652，如图3中所示。中间点2651和表面2652介于突出体254的顶部的较高高度与凹槽252的下部部分的较低高度之间或中间。
在各个实施例中，突出体254部分或总体上弯曲。在某些情况中，突出体254包括总体上半球形部分。突出体254不一定在全部位置处完全呈圆形。在各个实施例中，沿着一个或多个半径257形成突出体254的表面255的至少一部分。作为实例，半径257可在约1.5mm至约2.0mm的范围中。
类似于所有模具尺寸，半径257也可以另一个模具尺寸来表示。例如，半径被表示为总模具高度、铆钉高度、工件厚度等的百分比、分率、比率或倍数。
导向凹槽252部分或总体上弯曲。在各个实施例中，沿着一个或多个半径259形成每个导向凹槽252的凹槽侧253(包括2531和2532)的表面的至少一部分。
在各个实施例中，为了结合热塑性工件110、120使用，例如，半径259可在约0.7mm至约1.0mm的范围中。
凹槽252包括连接至突出体254的侧壁256的内侧或内壁2531。
如下文更多地描述，在使用模具250时，铆钉310的远侧边缘或尖端312(图3)在被迫使刺穿工件110、120之后将首先在凹槽内侧壁2531或突出体侧壁256处接触模具250。在图3中，包括挂钩和其远侧尖端312的区域是由参考符号7标示，其指示该区域在图7中示出。
在某些实施例中，内侧壁2531略圆或总体上扁平。凹槽内侧壁2531过渡至突出体侧壁256。在某些实施例中，突出体侧壁256略圆或总体上扁平。在其中两个壁2531、256均具有弯曲部分的某些实施例中，相应的弯曲部分总体上在相反方向上弯曲，其中壁2531、256连接的点处不存在弯曲。凹槽内侧壁2531可(例如)在与相邻突出体侧壁256的弯曲相反的方向上弯曲(即便是极细微弯曲)。
壁2531、256之间的过渡可发生在对应于中间点2651或表面2652的模具250的高度处或附近。
凹槽252的内壁2531可以各种角度261中的任一角度相对于垂面延伸。角度261还可或反而被视为描述突出体254的壁256相对于垂面延伸的角度、和/或模具250在凹槽252的内侧壁2531与突出体侧壁256之间的过渡区处的角度，如通过图2可理解的。虽然模具250在此可具有其它角度261，但是在各个实施例中，角度261介于约45度与约60度之间。此角度范围可以有利于接合热塑性工件的实施方案。对于接合金属的实施方案，例如，角度261可以更小，诸如介于约35度与约50度之间。对于热塑性复合物，具有较大相对角度261、将铆钉支脚向外更容易地扩张、接着向上穿过下部工件120似乎是有利的。
在过渡区处和/或其附近的模具250的区域可称为初始接触区域，因为铆钉310的远侧边缘312在铆接期间将首先接触模具250。
在预期实施例(未详细示出)中，铆钉310包括接合工件110、120的多个支脚。每个支脚的远侧尖端将被迫使刺穿工件110、120并且接触模具250，此时支脚将开始于尖端而各自向外、接着向上且可从这里稍微向内扩张。下文进一步描述铆钉支脚在向上移动之后向内移动一定距离的潜在性。
导向凹槽252包括宽度262。可测量介于凹槽252的外缘263与凹槽252的内缘264之间的宽度262。凹槽侧253在凹槽252的外缘263处到达模具250的中间点2651。
虽然导向凹槽252可具有其它宽度262而不脱离本公开，但是在某些实施例中，宽度262介于约3mm与约4mm之间。如果宽度262太大，那么可促使裂开和/或损坏铆钉310的远侧边缘。
对于其中接合金属的实施方案，宽度262可相同或较高，诸如介于约3mm与约5mm之间。应当明白的是，本文所述的所有尺寸(诸如长度、宽度和厚度)取决于实施方案的尺度。对于较厚工件，例如，较长铆钉310和较大模具250将是适当的。
在预期实施例中，模具2502配置成使得凹槽252的外侧2532向上移动、接着在外缘263处向内转动，如图10中所示。外壁2532从凹槽252的底部总体上向上且接着短暂地朝突出体254延伸。
模具250的外壁2532(例如，第一示例性模具2501或第二示例性模具2502)以相对于垂直面的角度269延伸。虽然导向凹槽252可具有其它外壁角度269而不脱离本公开，但是在某些实施例中，外壁角度269以约90度开始邻近于凹槽252的底部，并且弯曲或者在外缘263处或附近以约180度延伸。在类似于图10中所示的实施例中，壁在边缘263处进一步延伸使得角度269在外缘263处或附近超出180度。如可知，凹槽外壁延伸超出凹槽外缘263。或换言之，外缘263与外壁2532的一部分重叠，并且在某些情况中与凹槽底部的一部分重叠。在模具2502的操作中，此几何形状迫使铆钉支脚314弯曲使得铆钉远侧边缘312朝铆接模具的分割线移动。分割线可为(例如)在所示的示例性视图中垂直延伸穿过突出体的中线，诸如图2中所示的分割线。
突出体254包括宽度266(图2)。可测量中心部边缘之间的宽度266，其中突出体254在该中心部边缘到达中间表面265。虽然突出体254在可具有其它宽度266而不脱离本公开，但是在某些实施例中，宽度266介于约2mm与约2.5mm之间。
对于接合金属工件110、120的实施方案，宽度266可相同或较高，诸如介于约2mm与约3mm之间。对于热塑性复合物，宽度266可更小，诸如2mm以下或在包括2mm至3mm范围的下端的范围内，以最小化铆钉310的不佳边缘的裂开程度。
每个突出体254包括在某些实施方案中从中间点2651或表面2652测量至突出体的顶点或尖端的高度267(图2)。突出体254为凸形，延伸至中间点2651或表面2652上。在预期实施例中，测量从约过渡点264至突出体254的顶点的高度。
突出体254可配置并且设置在模具250中使得当工件110、120放置在模具250上、接触突出体254且在工件上施用压力(例如，图3中的箭头133和/或箭头180)时，突出体254凸起或向上推动至下部工件120中。图3中通过实例方式示出了所得位置。
凸起促使铆钉支脚314的远端扩张或分叉，从而形成铆钉支脚。支脚在向外和向上推动时形成机械挂钩以将该两个工件110、120机械地锁定在一起。
虽然突出体254可具有其它高度267而不脱离本公开，但是在某些实施例中，高度267介于约0.2mm与约0.4mm之间。
对于接合金属工件110、120的实施方案，高度267可相同或较大，诸如介于约0.25mm与约0.5mm之间。为了接合热塑性复合物工件110、120，较低相对高度267(诸如0.2mm以下或在包括0.25mm至0.5mm范围的下端的范围)可将铆钉130(例如，铆钉的壁或侧面)以及铆钉130与工件110、120中的一个或多个之间的连接中的任一个的镦锻最小化。
每个凹槽252包括在某些实施方案中从中间表面265测量的深度268。虽然凹槽252可具有其它深度268而不脱离本公开，但是在某些实施例中，深度268介于约1.0mm与约2.0mm之间。
对于接合金属工件110、120的实施方案，深度268可较大，诸如介于约1.5mm与约2.2mm之间。对于热塑性复合物，较小深度(诸如1.5mm以下或在包括1.5mm至2.2mm范围的下端的范围内)可以帮助避免下部工件120裂开。
突出体254的高度267以及凹槽252的深度268可限定为相对于彼此的比率。例如，高度267和深度268在各个实施例中具有一比一(1:1)比率，其中高度和深度是相同的。在某些实施例中，高度267大于深度，诸如比深度268大1.2、1.3、1.4或1.5倍。
对于其中接合金属工件110、120的各个实施方案中，高度267小于深度268。例如，高度与深度268的比率可介于约1:9与约1:3之间，例如，高度267是约0.25mm且深度是约0.5mm。较大比率可以将下部工件120的裂开最小化并且将铆接时(例如，热塑性复合物的)铆钉的锻墩最小化-该比率可例如介于约1:5与约1:2.5之间。
III.图3、图5、图7和图10
图3示意地说明了用于将第一工件110接合至第二工件120的铆钉-接合系统300的横截面。虽然本公开主要描述了连接两个工件110、120，但是本公开涵盖其中由本技术的铆钉和模具连接两个以上工件的实施例。
工件110、120可各自包括一种或多种材料，并且在各个实施例中包括彼此相同的材料或不同材料。示例性材料包括聚合复合物(诸如碳纤维增强尼龙复合物)并且包括一种或多种金属(诸如铝)。
系统300包括铆接机302。在各个实施例中，机器302可类似于上文结合图1描述的机器130，其具有主体132以及定位成邻近于机器主体132并且可相对于机器主体132移动的活塞或冲压机134。在其它实施例中，使用足以用于执行所需冲压或推动功能的另一种铆接力来源，诸如人或其它机器(例如，机器人)。
系统300包括新型模具250和新型铆钉310。在各个实施例中，模具250是可具有一个或多个铆钉310的独立子系统或系统。在各个实施例中，铆钉310是可独立或连同模具250制造和/或出售的独立子系统或系统。
在操作中，机器主体132定位成邻近于第一工件110，并且可设置成接触工件110或在工件110上施用向下力，如由图3中的箭头133所指示。
铆钉310定位在冲压机134下方和工件110、120上方。冲压机134向下冲击或者推压在铆钉310上，如由箭头180所指示，从而迫使铆钉310的支脚314的远侧边缘312刺穿工件110、120-首先穿过工件110、120中的近侧工件110、超过该两个工件110、120之间的界面115，并且进入工件中的远侧工件120。
在图3中，包括挂钩和其远侧尖端312的区域是由参考符号7标示，其指示该区域在图7中示出。
在某些实施方案中，取决于该系统的特性(例如，工件材料、厚度、铆钉尺寸等)，下部工件120中的一些被下拉使得铆钉310在工件120的下表面122以下或者由于铆钉310的移动而移位至工件120的下表面122以下。由图3中的参考符号316指示的材料包括此移位的材料。
在某些实施例中，垫圈或垫片(未示出)定位在铆钉的部分(例如，铆钉头部)与工件之间。另外或替选地，为了类似目的可使用较大(例如，较宽)铆钉头部。目的包括更广泛地分布从铆钉310传送至工件110、120的任何力。垫片支承原本将会传递至相邻工件110的负荷。通过分布该力，工件110、120或至少上部工件110在铆接期间置于更小应力之下。起因于较大头部或垫片的接头可比所形成的不具有较大头部或垫片的接头更牢固。下文结合图9更多地描述该益处。
虽然铆钉310下可包括其它材料而不脱离本公开的范围，但是在各个实施例中，铆钉310包括诸如钢(奥氏体或马氏体)、铝或铜的金属、热塑性塑料、任何聚合物、合金等或其它。
模具250和/或铆钉310配置成(例如，高度、形状)使得铆钉310在被迫使穿过这两个工件110、120之后接触凹槽252，并且响应于该接触而朝工件110、120向外且接着向上扩张，诸如图3中所描绘。根据规定，促使扩张的模具250配置可包括延伸至中间点2651或表面2652上的突出体254。
虽然铆钉310可具有其它高度-在刺穿之前从铆钉头部311的顶部测量至铆钉远侧边缘312-而不脱离本公开的范围，但是在各个实施例中，铆钉310具有介于约8mm与15mm之间的高度。通常，可基于包括所接合的工件的厚度和模具250的尺寸的因素来选择铆钉高度。
在某些实施例中，铆钉310具有尖锐远侧边缘312以限制刺穿时产生在工件110、120上的应力。边缘312优选地为了此目的而尽可能尖锐。
一方面，将一个或两个工件110、120预热以在铆接之前将材料软化，由此减小由铆接引起的应力。
根据所需性能特性配置包括支脚厚度的铆钉尺寸和材料。选择尺寸和材料使得支脚314具有足够大的强度来承受初始刺穿并且具有足够大的延展性以在刺穿之后扩张和弯曲。还选择尺寸和材料以促使所得接头稳健、牢固。应当选择尺寸和材料使得例如所形成的机械挂钩是牢固的。
可由各种比率表示铆钉高度。该高度可例如介于所接合的工件110、120的组合厚度的约1.5倍与约2倍之间。该比率在某些实施方案中更大。
虽然工件110、120可具有其它厚度(图3中垂直测量)而不脱离本公开的范围，但是在各个实施例中，其各自具有约2.5mm的厚度。在各个实施例中，各自具有约2.0mm与约3.0mm之间的厚度。
除铆钉310与工件110、120之间的其它机械连接(诸如工件110、120与铆钉支脚314的中间部分之间的摩擦)外，扩张促成的挂钩机构315还产生机械锁。挂钩机构315在铆接过程中可以挤压下部工件120的材料和/或将下部工件120的材料上推。这样的材料是由图3和7中的参考符号316所指示。
如上所述，外壁2532沿着线总体上向上延伸或弯曲，或具有切角(为角度269)(图2)。结合外壁2532的至少一点，角度269在各个实施例中为约180度。根据规定，在预期实施例中，外壁2532进一步延伸或弯曲超过垂直方向而达到大于180度的角度269，如图10中所示。
铆钉310在这样的实施方案中可具有适当配置(例如，具有适当高度)且模具250配置成(例如，尺寸)使得远侧边缘312被迫扩张直到凹槽252的内侧壁2531和底部、向上扩张直到外壁2532。在某些实施方案中，远侧边缘312在一定程度上可横向地返回朝突出体254延伸。图5中示出了示例性所得连接。铆钉支脚314在某些实施例中可向内转动，即使凹槽边缘263并未类似于图10中所示的模具2502一样向内卷曲。
在各个实施例中，挂钩机构315在形成时部分围绕并且支撑第二工件120的材料的部分316。在垂直背景下，材料316将高于挂钩机构315。在任何定向中，工件120的材料316均可被视为在挂钩机构315的铆钉头部侧上。
以这些方式，挂钩机构315在铆钉310与工件110、120之间以及所接合的工件110、120之间产生稳健的机械连接。所得连接大于通过常规铆接技术产生的连接。
在预期实施方案中，模具250和铆钉310配置成使得随着远侧边缘312被推动穿过工件120、向外和向上扩张而在铆钉支脚314与第二工件120之间形成间隙700(图7)。以此方式，间隙700可被封闭。
在挂钩机构315形成间隙700之后，如果铆钉310的远侧边缘312继续被迫使进入第二工件120中，那么该间隙的大小降低或基本上消除了。如图3的侧视图中所示，间隙或空间可以是封闭的。
IV.图4
图4说明在从冲压机302和模具250中移除工件110、120之后通过图3中所示的操作接合的工件。
下部工件120或这两个工件120、110中的凹陷部(由于模具250的突出体254如上所述般凸起至第二工件120中而形成)是由图4中的标号400标示。参考标号401标示由模具的突出体上推的下部工件120的一定材料。
V.图5
图5说明了通过类似于图10中所示的操作或类似于图3中所示操作的操作接合的工件110、120，其中铆钉310和模具250配置成使得铆钉310的远侧边缘312总体上横向地向外、接着总体上向上且接着进一步总体上横向地向内扩张，如上所述。
VI.图6至8
图6示出了示例性负荷/铆钉-移位图表600，其示出了在铆接期间施用至铆钉310的输入力或负荷与进入工件110、120中的铆钉移位之间的关系。y轴602表示施用在铆钉上的负荷或力，且x轴604表示铆钉移位。示例性负荷-移位曲线或特征是由参考标号601指示。
可通过比较指示每次铆接期间的实际负荷和移位的反馈信号或数据与负荷-移位曲线601来实时地评估或监测铆接过程。
在执行控制器或计算机处可从传感器或其它部件(是铆接机302的部分或连接至铆接机302)接收反馈。部件(例如，传感器)可配置成感测例如活塞或冲压机134的移位，其与铆钉移位相关。在每个实例处，部件还可配置成感测所需的或传送至铆钉310以推动铆钉310的负荷量。当对推动铆钉310的阻力增加时，曲线601的高度增加。
诸如伺服机的许多现有铆接机输出移位值作为它们的正常操作的部分。测量负荷的示例性部件是测力传感器或压力或力传感器。
类似于本公开中使用的所有术语，负荷-移位曲线601可由类似字词取代。其它术语包括力-移位曲线、力-移位特征和负荷-移位特征。曲线601可以各种方式中的任一种(包括通过测试铆接或计算机计算(诸如包括仿真))而产生。
进一步参考图6的示例性特征601，可将铆接过程分割为在一定程度上可重叠的四个(4)主要阶段：确立或夹紧606、刺穿608、扩张610和互锁612。
在确立阶段606中，铆接机302啮合铆钉310并且开始施用负荷。在此阶段中，机器302开始在铆钉310上施用负荷，这旨在克服对刺穿的静态阻碍，诸如第一工件110顶部上的表面张力。因此，铆钉移位最初低至零，并且随着该过程前进至刺穿阶段608而开始增加。
在刺穿阶段608中，对铆钉310施用足够大负荷以迫使铆钉支脚314穿过第一工件110且接着穿过第二工件120。在刺穿阶段608中，支脚314的远侧边缘312朝模具凹槽252的底部完全穿过第二工件120。突出体254的坡度可将支脚314的远侧边缘312导向至凹槽252中。
随着铆接机302继续产生负荷，扩张阶段610开始。在扩张阶段610中，远侧边缘312沿着模具凹槽内壁2531横向地向外扩张。扩张沿着凹槽252的下部部分且最终沿着凹槽252的外壁2532继续进行。
在扩张结束之后或即将结束时，互锁阶段612开始。
图6的虚线部分613示出了特征601在新型互锁阶段612中如何根据形成在前面两个阶段608、610中的坡度而变化。更具体地，特征601包括对应于铆接过程的阶段的独特下降615，在该阶段中，铆钉310的远侧边缘312从下部工件120中脱落。此时，移位继续进行，而所需力降低。
在铆钉边缘312退出工件120(开始下降615)之后，铆钉310啮合突出体254或凹槽252的侧面。由于啮合，铆钉310上继续进行铆钉移位的所需力因此增加，并且由斜升617处的力值增加来指示。
在斜升617中，铆钉支脚314向外、且接着向上且在某些情况中又接着向内扩张。
分析控制器可为具体配置的计算装置，其配置有使得控制器的处理器执行比较的代码。图8中示出且下文进一步描述示例性控制器800。
在确定是否适当地执行当前铆接时，控制器800比较当前铆接的实际负荷-移位曲线与601处所示的预确立负荷-移位曲线或另一个这样的预设负荷-移位曲线。该比较不一定包括比较当前铆接的实际负荷-移位曲线的所有部分与预确定负荷-移位曲线601。该比较确定(例如)实际负荷-移位曲线是否包括所描述的下降615。如果不包括，那么铆钉310出于某个原因可能无法刺穿下部工件120。示例性原因包括所选择的铆钉太短或铆钉太软而无法刺穿一个或两个工件110、120。作为另一实例，铆钉支脚314可出于某个原因而扩张，而边缘312仍然在第一工件110或第二工件120内，而非在穿过这两个工件之后扩张。
在进一步确定是否适当地执行当前铆接之后，控制器800可确定实际负荷-移位曲线是否包括所描述的斜升返回617。如果不包括，那么铆钉310出于某个原因而可能无法扩张和钩住。示例性原因包括铆钉尖端断裂或模具的非既定缺失。
在各个实施例中，该比较包括确定是否存在下降615和斜升617，或所识别的下降615和斜升617是否具有充足形状(例如，坡度、大小)。在某些实施方案中可执行该确定但不会确实比较实际曲线与预确立曲线。预确立曲线可以可比较实际铆接负荷-移位数据以确定下降615和斜升617是否存在或所识别的下降615和斜升617是否具有满意形状的其它方式表示，例如(诸如)数据点、阈值等。
控制器800可配置成响应于确定当前铆接的实际负荷-移位不匹配预定负荷-移位曲线601的预测负荷和/或仅仅确定不存在或充分存在下降615和斜升617(即，铆钉并未按计划定位)-启动通知或提醒的提供。示例性提醒动作包括将故障或警告信号传输至该系统的灯或其它显示装置或另一个计算装置和/或本地个人装置，在这些情况中的任一情况下例如使得灯点亮或扬声器发出声音。
在预期实施例中，加标签于或标记使该比较失败的部分以指示接合不充分。该指示可设置成诸如由戳记或工件压痕指示有问题的铆钉的区域。
控制器800可以各种方式中的任一方式(诸如通过作为各种更大系统801中的任一个的部分，诸如膝上型计算机、平板电脑、其它移动通信装置或铆接机器人或其它机器)来实施。虽然没有示出图8中说明的所有部件之间的连接，但是该部件可彼此互动以实行系统功能。
如所示，具体配置的控制器800包括存储器或计算机可读存储装置802，诸如易失性介质、非易失性介质、可抽取式介质和不可抽取式介质。如说明书和权利要求书中所使用，术语计算机可读介质和其变体是指有形或非暂时性计算机可读存储装置。
在某些实施例中，存储介质包括易失性和/或非易失性、可抽取式和/或不可抽取式介质，诸如(例如)随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、固态存储器或其它存储器技术、CDROM、DVD、蓝光或其它光盘存储装置、磁带、磁盘存储装置或其它磁性存储装置。
具体配置的控制器800还包括计算机处理器804，其借助于诸如计算机总线的通信链路806连接或可连接至计算机可读存储装置802。
处理器804可为多个处理器，其可包括单个机器或多个机器中的分布式处理器或并行处理器。处理器可用于支持虚拟处理环境。处理器可包括状态机、专用集成电路(ASIC)、包括现场可编程门阵列(PGA)的PGA，或状态机。本文对执行代码或指令以执行操作、动作、任务、功能、步骤等的处理器的提及可包括直接执行操作和/或促进、引导或结合另一个装置或部件来执行操作的处理器。
计算机可读存储装置802包括前述提及的计算机可读指令或代码808。计算机可执行指令808可由处理器804执行以使得处理器和因此具体配置的控制器800执行本公开中所述的计算功能的任何组合。
具体配置的控制器800进一步包括输入/输出(I/O)装置820，诸如无线收发器和/或有线通信端口。在某些实施例中，执行指令808的处理器804以诸如信号、消息或分组化数据的形式将信息发送至一个或多个通信网络812(诸如内联网或互联网)和从一个或多个通信网络812(诸如内联网或互联网)接收信息，用于将铆接过程或铆接机数据传送至另一个计算机。
具体配置的控制器800包括或连接至一个或多个本地输入/输出装置814，其包括至少一个本地输入装置816和/或一个或多个本地输出装置818。输入816可包括测量如提及的铆接中的实际负荷和移位的传感器或部件。本地输出装置818可包括单独的本地计算系统或自动化系统，诸如铆接机302或机器人设备，其控制铆接、一个或多个实施主体(例如，工件和/或铆钉)的放置和/或移动所得接合工件。装置818的输出还可包括上文提及的提醒结构。
VII.图9
如上文所讨论，当将铆钉挤压至工件中时，垫圈或垫片可定位在铆钉的部分(例如，铆钉头部)与工件之间。另外或替选地，较大铆钉头部可用于类似目的-更广泛地分布从铆钉传送至顶部工件110的任何力。垫片或较大头部可防止铆钉310下降至相邻工件120中。通过分布该力，工件110、120或至少上部工件110在铆接期间置于更小应力之下。
图9示出了用于不同高度的铆钉以及具有和不具有垫圈的情况下的示例性接头强度值的图表900。
为了制备图表900，测量在使用各种铆钉形成接头之后将该接头分离所需要的力的大小以及在具有和不具有垫圈的情况下所需的力的大小。y轴902表示分离力的大小。在示例性测试中，以千牛顿(kN)测量分离力。
沿着x轴904设置各种铆钉设置。该设置包括7毫米(mm)铆钉的数据906、8mm铆钉的数据908、9mm铆钉的数据910、10mm铆钉的数据912和11mm铆钉的数据914。
实线列表示当未使用垫圈或垫片时相应铆钉的分离力。虚线列表示当使用垫圈时该铆钉的分离力。
每一列的顶部处的I条指示起因于各种测量的误差的范围或裕度。
如所示，该测试指示与基本铆钉头部大小相比使用垫圈或垫片时接头更牢固。预期使用大于基本大小的铆钉头部(诸如具有对应于垫片的大小)将遵循相同、类似或更好的结果。
另外如所示，该测试指示当使用较长铆钉(诸如展示较大铆钉-工件厚度比率的铆钉)时接头更牢固。预期此效果至少部分导致由较大机械锁产生的基脚增大。一旦铆钉刺穿第二工件120，大幅降低工件110、120上的应力。因此，采用刺穿后的附加接合活动的益处使得工件110、120极少或不会变弱。虽然已经发现较长铆钉是有利的，但是预期到存在限制(包括使用更长铆钉的空间限制)且期望可由对应于每个背景-例如，工件厚度、材料等的设计者确定理想高度长于用于接合工件的传统铆钉。
VIII.本技术的选择益处
上文描述了本技术的许多益处和优点。本节涉及某些益处和优点并且提及某些其它益处和优点。所述益处并非本技术的益处的详尽形式。
铆钉310与工件110、120之间的连接大于可使用常规铆接技术进行的连接。工件110、120之间促成的连接也大于可使用常规铆接技术进行的连接。
与现有技术相比，所得接头(图4)的整体静态强度显著增大。较高强度起因于各种因素，诸如所形成的机械挂钩且在某些实施例中所使用的垫片或较大头部。
与某些现有技术相比，铆钉310与工件120的边缘(例如，图1中的117)之间的下部工件120裂开的潜在性消除了或至少大幅降低了。与其中铆钉远侧边缘312从未离开第二工件120且因此如果铆钉支脚314扩张那么铆钉的远侧边缘扩张同时仍然在工件120中的常规技术相比，在该远侧边缘退出下部工件120之后将该铆钉支脚扩张可促使极少裂开或不裂开。使用较尖锐铆钉(例如，超尖锐铆钉边缘)也可促使极少裂开或不裂开。使用垫片或具有较大头部的铆钉也可促使极少裂开或不裂开。允许极少裂开或不裂开的本技术的辅助益处是与受限于使用相对较高延展性的材料的许多现有技术相比可使用更低延展性的材料。
IX.总结
本文公开了本公开的各个实施例。所公开实施例仅仅是可以各种和替选形式以及其组合体现的实例。
上述实施例仅仅为了清楚地理解本公开的原理而陈述的实施方案的示例性说明。
可以对上述实施例进行改变、修改和这二者的结合，而不脱离权利要求书的范围。本文在本公开的范围和下列权利要求书中包括了所有这些改变、修改和这二者的结合。

Claims (10)

1.一种铆接系统，用于通过铆钉机械地联结相邻工件，包括：
突出体，其在侧面具有在相反方向上从顶点朝相应的过渡点延伸的相对突出体壁段；
至少一个凹槽，具有凹槽表面，所述凹槽表面包括(i)从所述过渡点延伸至凹槽底部的凹槽内壁以及(ii)从所述凹槽底部延伸至凹槽外缘的凹槽外壁。
2.根据权利要求1所述的铆接系统，其中：
从顶点朝过渡点延伸的所述相对突出体壁段沿着分割线在相反方向上从所述顶点朝所述过渡点延伸；以及
所述凹槽外壁在某个部分处比所述凹槽外缘伸出更远，以便在模具的操作中迫使铆钉支脚弯曲使得铆钉尖端朝向分割线移动。
3.根据权利要求1所述的铆接系统，其中所述突出体在某个方向上比所述凹槽外缘的位置延伸得更远，使得当工件中的近侧工件和铆钉在铆接模具的操作中首次彼此接触时，所述近侧工件首先接触所述模具的突出体，而非首先在所述凹槽外缘处或紧邻所述凹槽外缘接触所述突出体。
4.根据权利要求1所述的铆接系统，包括所述铆钉，其中所述铆钉具有大于沿着铆接线测量的所联结工件的厚度和的高度，使得所述铆钉在所述系统的操作中能完全穿过工件。
5.一种铆钉形成的接头，包括：
第一工件；
第二工件；以及
铆钉，包括铆钉头部和铆钉支脚，其中所述铆钉支脚在第一方向上延伸穿过工件、在垂直于第一方向的第二方向上向外扩张，并且朝总体上与第一方向相反的第三方向回转，从而形成将第一工件机械地联结至第二工件的机械挂钩。
6.根据权利要求5所述的铆钉形成的接头，其中在第一、第二和第三方向上延伸之后，所述铆钉支脚可以在总体上朝向所述铆钉头部的第四方向上延伸。
7.根据权利要求5所述的铆钉形成的接头，其中所述铆钉的尖端设置在所述第二工件内。
8.一种使用铆钉和模具机械地联结相邻工件的方法，包括：
将第二工件定位成接触模具；
将包括头部和具有远侧尖端的支脚的铆钉定位成邻近于所述工件中的第一工件；以及
施用负荷至铆钉头部，由此迫使所述远侧尖端：
刺穿第一工件；
刺穿第二工件；
首先在突出体的侧壁或模具的凹槽的内壁处且随后沿着所述凹槽的内壁接触模具；
当到达凹槽底部时向外扩张；
沿着下部凹槽表面朝外部凹槽壁向外和向上扩张；以及
沿着凹槽的外壁向上移动，使得所述支脚形成机械地联结相邻工件的机械挂钩。
9.根据权利要求8所述的方法，其中：
总体上沿着负荷线施用负荷；
所述铆钉尖端在向外扩张和向上移动之后朝所述负荷线移动。
10.根据权利要求8所述的方法，还包括：
由包括处理器的控制器从输入装置接收指示用于所述方法的负荷和移位值的数据；以及
由控制器比较所述负荷和移位值与预确立的负荷/铆钉-移位曲线。
CN201611155114.9A 2015-12-14 2016-12-14 用于通过铆接接合部件的系统和方法 Active CN106863821B (zh)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562266808P 2015-12-14 2015-12-14
US62/266808 2015-12-14
US15/355695 2016-11-18
US15/355,695 US10576532B2 (en) 2015-12-14 2016-11-18 Systems and methods for joining components by riveting

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106863821A true CN106863821A (zh) 2017-06-20
CN106863821B CN106863821B (zh) 2019-10-15

Family

ID=58773259

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611155114.9A Active CN106863821B (zh) 2015-12-14 2016-12-14 用于通过铆接接合部件的系统和方法

Country Status (3)

Country Link
US (2) US10576532B2 (zh)
CN (1) CN106863821B (zh)
DE (1) DE102016224887A1 (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110017319A (zh) * 2019-04-16 2019-07-16 宾科精密部件(中国)有限公司 一种铆钉
WO2022210250A1 (ja) * 2021-03-30 2022-10-06 川崎重工業株式会社 接合方法、接合体及び接合装置

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10576532B2 (en) * 2015-12-14 2020-03-03 GM Global Technology Operations LLC Systems and methods for joining components by riveting
US10464282B2 (en) * 2016-01-21 2019-11-05 GM Global Technology Operations LLC Systems and processes for joining workpieces robustly using moguls and adhesive
US11499581B2 (en) 2018-03-20 2022-11-15 Ford Global Technologies, Llc Surface features for locating net substrate buttons to enable self-piercing riveting (SPR) on brittle and low toughness materials
CN112977870B (zh) * 2021-05-20 2021-09-03 成都飞机工业（集团）有限责任公司 一种飞机部件装配闭角区铆接斜铆卡设计方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1136121A (zh) * 1994-11-02 1996-11-20 三菱化学株式会社 铆接方法和用该方法制造的房屋壁板
CN1955497A (zh) * 2005-09-26 2007-05-02 法雷奥热力系统公司 两个由插在两金属片间的树脂层构成的层压板的组装装置
JP2009142889A (ja) * 2007-12-18 2009-07-02 Nissan Motor Co Ltd セルフピアスリベットによる接合方法とリベット接合用ダイ
CN104399859A (zh) * 2014-11-25 2015-03-11 眉山南车紧固件科技有限公司 薄板自锁紧固连接方法及系统

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5140735A (en) * 1990-01-16 1992-08-25 Multifastener Corporation Die member for attaching a self-piercing and riveting fastener
DE20013526U1 (de) * 2000-08-05 2000-12-07 Avdel Verbindungselemente Vorrichtung zum Verbinden von Blechen durch Stanznieten oder Durchsetzfügen
ES2234923T3 (es) * 2000-12-29 2005-07-01 PROFIL VERBINDUNGSTECHNIK GMBH & CO. KG Perno con vastago y cabeza esferica, pieza de construccion compuesta y procedimiento de fabricacion de un tal perno.
US6546613B2 (en) * 2001-08-29 2003-04-15 Textron Inc. Anvil design for rivet setting machine
US20030101566A1 (en) * 2001-12-05 2003-06-05 Ladouceur Harold A. Self-piercing element, method of attachment and die member
US7284319B2 (en) * 2002-02-08 2007-10-23 Newfrey Llc Self-piercing rivet setting die and apparatus
US20100287752A1 (en) * 2009-05-14 2010-11-18 Stanley Wojciechowski Rivet system
JP5791980B2 (ja) * 2011-06-30 2015-10-07 福井鋲螺株式会社 締結具及び締結方法
JP2013252648A (ja) * 2012-06-06 2013-12-19 Fukui Byora Co Ltd 締結方法
US9718157B2 (en) * 2014-02-21 2017-08-01 Ford Global Technologies, Llc Expanding die for clinching and riveting operations
US10576532B2 (en) * 2015-12-14 2020-03-03 GM Global Technology Operations LLC Systems and methods for joining components by riveting

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1136121A (zh) * 1994-11-02 1996-11-20 三菱化学株式会社 铆接方法和用该方法制造的房屋壁板
CN1955497A (zh) * 2005-09-26 2007-05-02 法雷奥热力系统公司 两个由插在两金属片间的树脂层构成的层压板的组装装置
JP2009142889A (ja) * 2007-12-18 2009-07-02 Nissan Motor Co Ltd セルフピアスリベットによる接合方法とリベット接合用ダイ
CN104399859A (zh) * 2014-11-25 2015-03-11 眉山南车紧固件科技有限公司 薄板自锁紧固连接方法及系统

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110017319A (zh) * 2019-04-16 2019-07-16 宾科精密部件(中国)有限公司 一种铆钉
CN110017319B (zh) * 2019-04-16 2024-03-22 宾科精密部件(中国)有限公司 一种铆钉
WO2022210250A1 (ja) * 2021-03-30 2022-10-06 川崎重工業株式会社 接合方法、接合体及び接合装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20200164424A1 (en) 2020-05-28
DE102016224887A1 (de) 2017-06-14
US20170165739A1 (en) 2017-06-15
US11548056B2 (en) 2023-01-10
CN106863821B (zh) 2019-10-15
US10576532B2 (en) 2020-03-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106863821A (zh) 用于通过铆接接合部件的系统和方法
JP5907355B2 (ja) 接合方法
KR101854794B1 (ko) 마찰 교반 점 접합 장치 및 마찰 교반 점 접합 방법
US8024848B2 (en) Double-action clinching method
US9919356B2 (en) Punch-riveting die
US10603703B2 (en) Method of manufacturing press-formed product, and press-formed product
US20080177512A1 (en) Online determination of the quality characteristics for punch riveting and clinching
MY153259A (en) Method for clinching thick metal workpieces and use of a clinching tool
KR101634864B1 (ko) 금속 패널의 리벳이음 검사방법
CN108971409A (zh) 一种基于力和位移曲线的铝车身自冲铆接质量控制方法
JP5821121B2 (ja) 自己穿孔型リベット用ダイ
CN106660179B (zh) 焊接辅助接合件及其连接、制造方法，模具及其制造方法
CN106989263A (zh) 用于使用隆起和粘合剂鲁棒地接合工件的系统和工艺
CN112823066B (zh) 形成铆接接合的方法
CN104338884A (zh) 用于制造冲压铆钉连接的方法和复合部件
EP2631022A1 (en) Die for self-piercing rivet fastening device
JP2009095881A (ja) 溶接構造部材の製造方法
CN103511825B (zh) 车架用衬套套管及其成型方法
CN112823068B (zh) 铆钉插入方法及设备
CN210586702U (zh) 一种加强冲头结构
JP2014100733A (ja) 金属部材の接合方法及び金属部材の接合体
KR20110103612A (ko) 이종소재접합방법
KR20160012607A (ko) 셀프 피어싱 리벳을 이용한 접합방법
JP2005205421A (ja) 溶接品質判定方法および溶接品質判定装置
CN100999006A (zh) 金属薄板的铆接方法及其结构

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant